2019届二轮复习专题四第2讲　电磁感应规律及其应用课件（74张） 74页

专题四 电路与电磁感应 第 2 讲　电磁感应规律及其应用 建体系 • 记要点 研考向 • 提能力 做真题 • 明考向 目 录 ONTENTS C 4 限训练 • 通高考 1.( 多选 ) (2018· 高考全国卷 Ⅰ ， T19) 如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远外沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．开关闭合后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B ．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C ．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D ．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 解析： 根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场． 开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动， A 对． 开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的 N 极指北， B 、 C 错． 开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动， D 对． 答案： AD 答案： B 答案： D 4 ． (2016· 高考全国卷 Ⅱ ， T24) 如图，水平面 ( 纸面 ) 内间距为 l 的平行金属导轨间接一电阻，质量为 m 、长度为 l 的金属杆置于导轨上． t ＝ 0 时，金属杆在水平向右、大小为 F 的恒定拉力作用下由静止开始运动． t 0 时刻，金属杆进入磁感应强度大小为 B 、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为 μ . 重力加速度大小为 g . 求： (1) 金属杆在磁场中运动时 产生的电动势的大小； (2) 电阻的阻值． ■ 命题特点与趋势 —— 怎么考 1 ． 高考对本部分内容的要求较高，常在选择题中考查电磁感应中的图象问题、电磁感应中的电路、法拉第电磁感应定律、能量转换及电荷量的计算等知识点．以导体棒运动为背景，综合应用电路的相关知识、牛顿运动定律和能量守恒定律以计算题形式作为压轴题． 2 ．电磁感应中常涉及 B t 图象、 Φ t 图象、 E t 图象、 I t 图象、 F t 图象和 v t 图象，还涉及 E x 图象、 I x 图象等，这类问题既要用到电磁感应的知识，又要结合数学知识求解，对考生运用数学知识解决物理问题的能力要求较高． ■ 解题要领 —— 怎么做 1 ． 抓住两个关键：一是电动势的大小，它取决于磁通量的变化率；二是电动势的方向，实际方向与规定的正方向一致时取正，反之取负．同时注意对无感应电流区域的判断． 2 ．迁移力学知识、规律解决电磁感应综合问题． 3 ．常用思想方法： (1) 图象法； (2) 等效法； (3) 守恒法； (4) 模型法． 1 ．判定感应电流方向的两种方法 (1) 楞 次定律：一般用于线圈面积不变，磁感应强度发生变化的情形． (2) 右手定则：一般用于导体棒切割磁感线的情形． 1 ． (2018· 贵州贵阳期末 ) 如图甲所示，在同一平面内有两个绝缘金属细圆环 A 、 B ，两环重叠部分的面积为圆环 A 面积的一半，圆环 B 中电流 i 随时间 t 的变化关系如图乙所示，以甲图圆环 B 中所示的电流方向为负方向，则 A 环中 ( 　　 ) A ．没有感应电流 B ．有逆时针方向的感应电流 C ．有顺时针方向的感应电流 D ．感应电流先沿顺时针方向，后沿逆时针方向 解析： 由于 A 环中磁通量变化，所以 A 环中有感应电流，选项 A 错误；根据楞次定律， A 环中产生逆时针方向的感应电流，选项 B 正确， C 、 D 错误． 答案： B 2. ( 多选 ) (2018· 江西赣州中学高 三模拟 ) 1831 年 10 月 28 日，法拉 第展示了他发明的圆盘发电机， 其示意图如图所示，水平铜盘 可绕竖直铜轴转动，两铜片 M 、 N 分别与铜盘边缘和铜轴连接， 使整个铜盘处于竖直向上的匀 强磁场中． M 和 N 之间连接阻值为 R 的导体和滑动变阻器 R P ，若从上往下看，铜盘转动的方向为顺时针方向．已知铜盘的半径为 L ，铜盘转动的角速度为 ω ，铜盘连同两铜片对电流的等效电阻值为 r ，磁感应强度为 B ，下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案： BD 3. 如图甲所示，绝缘的水平桌面上 放置一金属圆环，在圆环的正上方 放置一个螺线管，在螺线管中通入 如图乙所示的电流，电流从螺线管 a 端流入为正．以下说法正确的是 ( 　　 ) A ．从上往下看， 0 ～ 1 s 内圆环中的感应电流沿顺时针方向 B ． 0 ～ 1 s 内圆环面积有扩张的趋势 C ． 3 s 末圆环对桌面的压力小于圆环的重力 D ． 1 ～ 2 s 内和 2 ～ 3 s 内圆环中的感应电流方向相反 解析： 由图乙知， 0 ～ 1 s 内螺线管中电流逐渐增大，穿过圆环向上的磁通量增大，由楞次定律知圆环中感应电流的磁场向下，圆环面积有缩小的趋势，从上往下看， 0 ～ 1 s 内圆环中的感应电流沿顺时针方向，选项 A 正确， B 错误；同理可得 1 ～ 2 s 内和 2 ～ 3 s 内圆环中的感应电流方向相同，选项 D 错误； 3 s 末电流的变化率为 0 ，螺线管中磁感应强度的变化率为 0 ，在圆环中不产生感应电流，圆环对桌面的压力等于圆环的重力，选项 C 错误． 答案： A [ 典例展示 1] 　 ( 多选 ) (2018· 高考全国卷 Ⅲ ) 如图 (a) ，在同一平面内固定有一长直导线 PQ 和一导线框 R ， R 在 PQ 的右侧．导线 PQ 中通有正弦交流电 i ， i 的变化如图 (b) 所示，规定从 Q 到 P 为电流正方向．导线框 R 中的感应电动势 ( 　　 ) [ 答案 ] 　 AC [ 方法技巧 ] 解决电磁感应图象问题的一般步骤 (1) 明确图象的种类，即是 B t 图象还是 Φ t 图象，或者是 E t 图象、 I t 图象等，如例题中考查了 i t 图象． (2) 分析电磁感应的具体过程，如例题中电流变化引起导线框 R 内磁通量变化，要分段研究． (3) 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系． (4) 结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等写出函数关系式． (5) 根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等． (6) 应用图象信息画图象、判断图象或讨论各物理量的变化，如例题中是根据 i t 图象信息讨论导线框 R 的电动势变化． 4 ． ( 多选 ) 如图甲所示，面积为 S 的 n 匝圆形闭合线圈内存在方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小随时间周期性变化，如图乙所示．已知线圈的电阻为 R ，则下列说法正确的是 ( 　　 ) 答案： CD 5. 如图甲所示，匀强磁场垂直纸面向 里，磁感应强度的大小为 B ，磁场在 y 轴方向足够宽，在 x 轴方向宽度为 a . 一直角三角形导线框 ABC ( BC 边的长 度为 a ) 从图示位置向右匀速穿过磁场 区域，以逆时针方向为电流的正方向， 在图乙中感应电流 i 、 BC 两端的电压 u BC 与导线框移动的距离 x 的关系图象正确的是 ( 　　 ) 答案： D 6 ． ( 多选 ) (2018· 河南洛阳一模 ) 如图甲所示，水平放置的平行金属导轨连接一个平行板电容器 C 和电阻 R ，导体棒 MN 放在导轨上且接触良好，整个装置放于垂直导轨平面的磁场中，磁感应强度 B 的变化情况如图乙所示 ( 图示磁感应强度方向为正 ) ， MN 始终保持静止，则 0 ～ t 2 时间 ( 　　 ) A ．电容器 C 的电荷量大小始终没变 B ．电容器 C 的 a 板先带正电后带负电 C ． MN 所受安培力的大小始终没变 D ． MN 所受安培力的方向先向右后向左 答案： AD [ 典例展示 2] 　 (2017· 高考海南卷 ) 如 图， 两光滑平行金属导轨置于水平面 ( 纸面 ) 内，导轨间距为 l ，左端连有阻值为 R 的 电阻，一金属杆置于导轨上，金属杆右 侧存在一磁感应强度大小为 B 、方向竖直向下的匀强磁场区域．已知金属杆以速度 v 0 向右进入磁场区域，做匀变速直线运动，到达磁场区域右边界 ( 图中虚线位置 ) 时速度恰好为零，金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好．除左端所连电阻外，其他电阻忽略不计．求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率． [ 思路探究 ] 　 (1) 金属棒在磁场中运动的加速度是多大？ (2) 金属棒在磁场中运动的位移是多少？ (3) 金属棒来到磁场区域中间时的速度是多大？ [ 方法技巧 ] 解决电磁感应中的电路和动力学问题的关键 电磁感应与动力学问题联系的桥梁是磁场对感应电流的安培力．解答电磁感应中的动力学问题，在分析方法上，要始终抓住导体的受力 ( 特别是安培力 ) 特点及其变化规律，明确导体的运动过程以及运动过程中状态的变化，准确把握运动状态的临界点． 7. 如图所示， ab 、 cd 是间距为 l 的光滑倾斜 金属导轨，与水平面的夹角为 θ ，导轨电 阻不计， ac 间接有阻值为 R 的电阻，空间 存在磁感应强度大小为 B 0 、方向竖直向上 的匀强磁场．将一根阻值为 r 、长度为 l 的 金属棒从轨道顶端由静止释放，金属棒沿 导轨向下运动的过程中始终与导轨接触良好．已知当金属棒向下滑行距离 x 到达 MN 处时达到稳定速度，重力加速度为 g ，求： (1) 金属棒下滑到 MN 的过程中通过电阻 R 的电荷量； (2) 金属棒的稳定速度的大小． 8. 如图所示，一与水平面夹角为 θ ＝ 37° 的倾斜平行金属导轨，两导轨足够长且 相距 L ＝ 0.2 m ，另外两根水平金属杆 MN 和 PQ 的质量均为 m ＝ 0.01 kg ，可沿导轨 无摩擦地滑动， MN 杆和 PQ 杆的电阻均为 R ＝ 0.2 Ω( 倾斜金属导轨电阻不计 ) ， MN 杆被两个垂直于导轨的绝缘立柱挡住，整个装置处于匀强磁场内，磁场方向垂直于导轨平面向上，磁感应强度 B ＝ 1.0 T ． PQ 杆在恒定拉力 F 作用下由静止开始向上加速运动，拉力 F 垂直 PQ 杆沿导轨平面向上，当运动位移 x ＝ 0.1 m 时 PQ 杆达到最大速度，此时 MN 杆对绝缘立柱的压力恰好为零 ( g 取 10 m/s 2 ， sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8) ．求： (1) PQ 杆的最大速度大小 v m ； (2) 当 PQ 杆加速度 a ＝ 2 m/s 2 时， MN 杆对立柱的压力大小． (2) 当 PQ 杆的加速度 a ＝ 2 m/s 2 时，对 PQ 杆受力分析，根据牛顿第二定律可得 F － mg sin θ － BIL ＝ ma ， 对 MN 杆受力分析，根据共点力的平衡可得 BIL ＋ F N － mg sin θ ＝ 0 ， PQ 杆达到最大速度时，有 F － mg sin θ － BI m L ＝ 0 ， 联立解得 F N ＝ 0.02 N ，根据牛顿第三定律可得 MN 杆对立柱的压力大小 F N ′ ＝ 0.02 N. 答案： (1)0.6 m/s 　 (2)0.02 N [ 典例展示 3] 　 如 图所示，竖直面内的 正方形导线框 ABCD 和 abcd 的边长均 为 l 、电阻均为 R ，质量分别为 2 m 和 m ， 它们分别系在一跨过两个定滑轮的绝 缘轻绳两端，在两导线框之间有一宽 度为 2 l 、磁感应强度为 B 、方向垂直纸 面向里的匀强磁场．开始时 ABCD 的下边界与匀强磁场的上边界重合， abcd 的上边界到匀强磁场的下边界的距离为 l . 现将两导线框由静止释放，当 ABCD 全部进入磁场时，两导线框开始做匀速运动．不计摩擦和空气阻力，重力加速度为 g ，求： (1) 两导线框匀速运动的速度大小； (2) 两导线框在从开始运动至等高的过程中所产生的总焦耳热； (3) 导线框 abcd 通过磁场的时间． [ 思维流程 ] 　 [ 方法技巧 ] 求解电磁感应中能量问题的策略 (1) 若回路中的电流恒定，可以利用电路结构及 W ＝ UIt 或 Q ＝ I 2 Rt 直接进行计算． (2) 若回路中的电流变化，则可按以下两种情况计算： ① 利用功能关系求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； ② 利用能量守恒定律求解：其他形式的能的减少量等于回路中产生的电能，如例题 (2) 中焦耳热的计算． 9. (2018· 河南洛阳一模 ) 如图所示，光滑且足 够长的平行金属导轨 MN 、 PQ 固定在竖直平 面内，两导轨间的距离为 L ＝ 1 m ，导轨间连 接的定值电阻 R ＝ 3 Ω ，导轨上放一质量为 m ＝ 0.1 kg 的金属杆 ab ，金属杆始终与导轨接 触良好，杆的电阻 r ＝ 1 Ω ，其余电阻不计， 整个装置处于磁感应强度为 B ＝ 1 T 的匀强磁场中，磁场的方向垂直导轨平面向里．重力加速度 g 取 10 m/s 2 . 现让金属杆从 AB 位置由静止释放，忽略空气阻力的影响，求： (1) 金属杆的最大速度； (2) 若从金属杆开始下落到刚好达到最大速度的过程中，电阻 R 上产生的焦耳热 Q ＝ 0.6 J ，此时金属杆下落的高度． 答案： (1)4 m/s 　 (2)1.6 m 10 ．如图甲所示，斜面上存在一有理想边界的匀强磁场，磁场方向与斜面垂直，在斜面上离磁场上边界 s 1 ＝ 0.36 m 处静止释放一单匝矩形金属线框，线框底边和磁场边界平行，金属线框与斜面间的动摩擦因数 μ ＝ 0.5. 整个线框进入磁场的过程中，机械能 E 和位移 s 之间的关系如图乙所示．已知 E 0 － E 1 ＝ 0.09 J ，线框的质量为 0.1 kg ，电阻为 0.06 Ω ，斜面倾角 θ ＝ 37° ，磁场区域的宽度 d ＝ 0.43 m ，重力加速度 g 取 10 m/s 2 ， sin 37° ＝ 0.6 ， cos 37° ＝ 0.8. 求： (1) 线框刚进入磁场时的速度大小 v 1 ； (2) 线框从开始进入磁场至完全进入磁场所用的时间 t ； (3) 线框穿越磁场的整个过程中电功率的最大值． 联立解得 P max ＝ 0.43 W. 答案： (1)1.2 m/s (2)0.125 s (3)0.43 W 限训练 • 通高考 点击进入 word....